Pengurangan Resistansi Grounding
Sistem Grounding dan Proteksi Petir
Salah satu persyaratannya adalah memastikan bahwa bangunan dilengkapi dengan sistem proteksi petir dan lonjakan arus sesuai dengan standar nasional dan internasional. Ada banyak cara petir dan lonjakan arus dapat berinteraksi dengan peralatan elektronik. Ini terutama mencakup serangan langsung, kopling elektromagnetik, atau melalui potensi terinduksi yang disebabkan oleh kopling resistif seperti yang diilustrasikan pada gambar dibawah. Kombinasi mekanisme kopling ini dapat terjadi secara bersamaan dalam situasi praktis.
Proteksi lengkap diperoleh ketika seluruh bangunan ditutup dalam kotak penghantar listrik (sangkar Faraday), arus gangguan dan arus yang tidak diinginkan yang mengalir di sekitar bagian luar kotak tidak akan menghasilkan potensial apa pun di dalamnya. Peralatan elektronik di dalam kotak seperti itu akan bertahan bahkan jika terkena serangan langsung. Dalam sistem proteksi yang ideal, semua peralatan dan bagian logam di dalam gedung dihubungkan secara listrik melalui konduktor yang sama. Konduktor ekuipotensial ini terletak di permukaan bumi dan dihubungkan ke sistem terminasi bumi dengan batang yang digerakkan, atau kombinasi elektroda bumi lain yang sesuai.
Jika terjadi gangguan pada instalasi listrik, seseorang dapat tersengat listrik jika menyentuh bagian logam aktif seperti terlihat pada Gambar diatas. Hal ini dikarenakan tanpa adanya sistem grounding, listrik dapat menggunakan tubuh manusia sebagai jalurnya, antara bagian aktif dan bagian bumi.
Dengan menyediakan jalur (konduktor pelindung) agar arus gangguan mengalir ke bumi, sistem grounding digunakan untuk melindungi manusia dan peralatan dari sengatan listrik. Sistem grounding juga menyebabkan alat pelindung (baik pemutus arus maupun sekring) memutus arus listrik ke rangkaian yang mengalami gangguan. Oleh karena itu, grounding merupakan komponen penting dalam sistem proteksi apa pun, yang membantu menghilangkan arus gangguan ke dalam bumi secara efektif. Faktanya, efektivitas sistem grounding bergantung pada pencapaian resistansi serendah mungkin antara sistem grounding dan massa bumi. Perlu dicatat bahwa konstruksi sistem grounding bergantung pada peraturan lokal yang berlaku. Namun tujuannya sama, yaitu untuk membangun jalur resistansi rendah (impedansi dalam frekuensi tinggi) ke bumi.
Ketahanan Grounding dari Satu Batang Tanah
Mengukur resistansi bumi sangat penting untuk memastikan pengoperasian sistem proteksi yang benar. Resistansi ini harus sama dengan, atau kurang dari, nilai toleransi yang diperlukan untuk suatu struktur tertentu. Meskipun ada banyak metode untuk mengukur bumi, namun perlu dilakukan perhitungan terlebih dahulu untuk memperkirakan nilai tahanan grounding.
Sistem grounding harus mempunyai jalur dengan resistansi/impedansi rendah menuju bumi. Resistansi/impedansi ini bergantung pada konfigurasi geometri sistem itu sendiri dan lingkungan sekitarnya. Pada rentang frekuensi rendah, banyak ekspresi telah dikembangkan untuk mengevaluasi resistansi pembumian elektroda silinder vertikal. Ekspresi ini terutama mencakup ekspresi Rudenberg, Dwight-Sunde dan Liew-Darveniza.
Sumber : AC Liew dan M. Darveniza, “Model dinamis karakteristik impuls bumi terkonsentrasi,” Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, vol. 121, tidak. 2, hal. 123–135, Februari 1974
Rudenberg
Dwight-Sunde
Liew-Darveniza
Dimana l adalah panjang elektroda, r adalah jari-jari elektroda dan ρ adalah resistivitas tanah.
Mengevaluasi resistansi terhadap panjang elektroda memungkinkan kita menyimpulkan bahwa ekspresi tersebut, meskipun berbeda, memberikan hasil yang sangat mirip untuk resistivitas tanah tertentu. Hasil yang dihitung bahkan lebih dekat dibandingkan dengan panjang elektroda yang relatif besar.
Mengurangi Resistensi Pembumian
Jelasnya, tahanan pembumian berbanding lurus dengan resistivitas tanah dan berbanding terbalik dengan panjang elektroda. Hal ini setara dengan mengatakan bahwa resistivitas tanah dan panjang batang merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi resistensi pembumian. Secara umum, semakin panjang batangnya, semakin rendah resistansi pembumiannya. Seperti yang mungkin Anda duga, mendorong batang yang lebih panjang lebih jauh ke dalam bumi akan menurunkan resistensinya secara signifikan. Secara umum, menggandakan panjang batang mengurangi resistensi sekitar 40 persen.
Kurva pada gambar diatas menunjukkan indikasi keseluruhan dari efek ini, dan bagaimana resistansi pembumian berkurang sebagai fungsi dari panjang elektroda. Terlihat bahwa teknik ini efektif pada jarak yang lebih pendek, dan seiring bertambahnya panjang elektroda, efektivitasnya menjadi terbatas.
Pada tanah isotropik homogen, resistivitas tanah tetap konstan. Namun, resistivitas tanah bervariasi secara signifikan terhadap kedalaman, dan dari satu titik ke titik lainnya. Variasi ini dapat mempengaruhi tahanan pembumian. Dalam beberapa kasus, laju penurunan resistansi pembumian akan tetap konstan meskipun menggunakan elektroda yang lebih panjang.
Penggunaan batang berdiameter lebih besar juga merupakan teknik yang terkenal untuk mengurangi resistansi daripada menambah panjang elektroda. Namun, teknik ini tidak banyak digunakan karena batang dicirikan oleh jari-jari standar (misalnya, earth rods, kawat grounding, dll.). Selain itu, peningkatan jari-jari elektroda menyebabkan peningkatan jumlah material, sehingga meningkatkan biaya sistem pembumian.
Perlu diketahui bahwa peningkatan diameter batang bumi tidak mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap penurunan resistensi sistem bumi. Penggunaan hasil batang berdiameter lebih besar menimbulkan pertimbangan pemasangan ekstra, karena batang kemungkinan besar akan dikubur dengan tangan dan palu pneumatik.
Seringkali tidak mungkin mencapai pengurangan ketahanan tanah yang diinginkan dengan menambah panjang atau jari-jari elektroda bumi (reduksi fisik). Di antara banyak teknik yang digunakan untuk mengurangi hambatan pembumian adalah penggunaan beberapa elektroda pembumian. Beberapa batang kemudian ditempatkan di dalam bumi dan dihubungkan secara paralel untuk mengurangi hambatan pembumian. Dalam kebanyakan kasus, jarak jarak antara dua batang harus setidaknya setara dengan kedalaman elektroda pembumian yang dipasang. Gambar dibawah mengilustrasikan representasi grafis dari penggunaan beberapa elektroda bumi, dihubungkan secara paralel dan sejajar. Angka ini juga memberikan indikasi laju penurunan resistansi pembumian seluruh sistem sebagai fungsi dari jumlah batang pembumian yang dihubungkan.
Seperti dapat dilihat dari gambar diatas, memasang lebih banyak batang secara bertahap akan mengurangi tahanan pembumian. Padahal, penurunan resistansi tertinggi terjadi setelah pemasangan batang kedua dan ketiga. Pengurangan ini menjadi lebih kecil untuk jumlah batang tambahan yang banyak.
Resistansi ekivalen, R_2, dari dua elektroda identik dalam garis lurus dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Dimana, R_1 dan α masing-masing adalah hambatan suatu batang dan koefisien yang diberikan oleh:
Dimana, D dan r_eq masing-masing adalah jarak jarak antara elektroda dan jari-jari ekuivalen [diberikan oleh persamaan grounding rod ke belahan bumi.
Selain itu, resistansi ekivalen dari tiga elektroda identik dalam satu garis lurus diberikan oleh:
Dengan menggeneralisasi rumus untuk n elektroda identik dalam garis lurus yang dipisahkan satu sama lain dengan jarak yang sama D , rumus perkiraan berikut memberikan resistansi sistem:
Untuk konfigurasi (n-elektroda) dan susunan n-elektroda yang sama, beberapa ekspresi empiris lainnya dapat ditemukan dalam literatur.
Dalam kasus tiga elektroda identik ditempatkan pada titik sudut segitiga sama sisi (Gambar diatas) dengan sisi D, resistansi ekivalen diberikan oleh hubungan berikut :
Dalam literatur, kita dapat menemukan banyak kemungkinan konfigurasi dan pengaturan sistem pembumian. Sebagai aturan umum, resistansi pentanahan berkurang ketika ukuran sistem diperbesar. Namun, memperkirakan resistensi ini masih sulit dilakukan pada sistem berskala besar.
Ketika resistivitas tanah tinggi, dan resistensi terhadap tanah melebihi nilai yang disyaratkan, teknik khusus berguna untuk menurunkannya. Artikel ini mengevaluasi berbagai metode untuk mengurangi hambatan elektroda pembumian berdasarkan teknik pengolahan tanah.
Pengolahan Tanah
Di beberapa daerah, menjadi mustahil untuk mendapatkan resistansi bumi yang rendah dengan menambahkan lebih banyak konduktor jaringan atau dengan menyejajarkan batang bumi. Secara teoritis diketahui bahwa solusi alternatif untuk masalah ini adalah dengan secara efektif meningkatkan diameter elektroda grounding dengan memodifikasi tanah di sekitar elektroda.
Bahan kimia seperti NaCl, MgSO4, CuSO4 atau CaCl2 telah banyak digunakan, di daerah dengan resistivitas tanah tinggi, untuk meningkatkan konduktivitas tanah di sekitar elektroda, sehingga mengurangi resistansi pembumian secara keseluruhan. Resistivitas yang rendah terutama disebabkan oleh proses elektrolitik antara air dan garam tambahan.
